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淬火工艺、淬火介质及实例

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淬火工艺是将钢加热到 AC3 或 AC1 点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。

淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。

（1） 淬火加热温度

淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是 A C3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是 AC1+（30～50℃）。

亚共析钢淬火加热温度若选用低于 AC3 的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于 AC3 温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用 AC3+（30～50℃）这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。

过共析钢的淬火加热温度一般推荐为 AC1+（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高 20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后

除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。

过共析钢的淬火加热温度不能低于 AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于 AC1 温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于 AC1 太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的 ACm 或以上温度就更不合适。

在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。

强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于 AC3 的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如 45、40Cr、60Si2 等材料制成的工件亚温淬火加热温度为 AC3－（5～10℃）。采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如 16Mn 钢在 940℃淬火，5CrMnMo 钢在 890℃淬火，20CrMnMo 钢920℃淬火，效果较好。

高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。（2） 保温时间

为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。

（3） 淬火介质

工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在 C 曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力。

“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使 Ms 点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。

淬火介质典型应用举例:

实例 1 紧固件热处理中淬火介质的选用

紧固件是用于机械连接、固定的一种通用零部件。紧固件热处理工艺分为加热和冷却两个过程，分别对两个过程进行合理地控制就能得到理想的热处理质量。

(1)以 ML35(32、40)等为主的螺栓、螺柱、螺钉、螺母及异型非标件，因材料淬透性的问题，该类零件在热处理过程中应选用冷却速度较快的淬火介质，从而满足零件淬火的硬度、金相组织及力学性能等各方面的要求。

①当产品规格为 M4～M16 时，可选择 3％～5％KR6480 聚合物水落性淬火剂，如果选

35、35A、35s 钢，可放宽至 M18～M20。

②当产品规格为 M10～M24 时，可选择 8％～10％KR7280 水溶性淬火剂。

③当产品规格大于 M24 时，可选择 10％～15％KR7280 水滓性淬火剂。

④产品以 45 钢为主时，可以根据产品的尺寸大小选择 KR6480 或 KR7280。

(2)以 35CrM0、40Cr、20MnTiB 等为主的螺栓、螺柱、螺钉、螺母及异型非标件，选用的淬火介质如下。

①产品以 35CrM0、40Cr 为主，可选择 KR118 快速淬火油或 5％～10％KR6480 聚合物水溶性淬火剂。

②产品以 20MnTiB，35VB 为主，可选择 KR7280 或 KR6480 等淬火剂。

(3)以低碳钢 10、15，20、20Cr、1018、1022、10B21 等材料为主的浅层渗碳自攻螺钉、销子类等，可选用 KR6480 或 KR118 等淬火剂。

(4)以 65Mn、60Si2Mn、70 钢等为主的弹簧垫圈、挡圈等，可选用 KR118 快速淬火油。

(5)产品种类较多、尺寸跨度较大可选用 KR1188 或 KR6480，能满足所有合金钢及一定尺寸的碳钢的淬火及渗碳淬火质量。

实例 2 改进淬火介质提高 GCr15 钢轴承套圈淬火质量

某公司将氮基可控气氛铸链炉自动生产线应用于 GCr15 钢制轴承套圈淬、回火过程，淬火介质主要采用 N32 机械油。随着套圈尺寸的增大，有时出现淬火硬度严重不均匀和畸变等问题，采用今禹 Y15T 快速淬火油添加剂对 N32 机械油进行改性处理后，解决了套圈硬度不均，有效地控制了淬火畸变。

该公司铸链炉生产线自投产已累计淬火工件超过 7000t，产品质量稳定控制在 JB/T 1255—1 991 标准范围之内，淬火介质以 N32 机械油为主，冬季也部分补充 N15 机械油，对淬火介质除严格控制水分含量外来采取其他检测手段，多年来也未处理淬火质量问题。

使用 6 年后，因旧油老化，工件淬火后表面光亮度下降 生产时油烟较大，遂将铸链炉淬火油槽整槽换用新的 N32 机械浊，其后不久即发现厚壁大尺寸套圈(外径＞100mm、有效壁厚＞10mm)淬火后易出现部分套圈(约占 5％～20％)厚端面表面硬度不均匀、局部硬度不合格，出现 6 级(JB/T 1255-1991 第二级别图)以上淬火组织。

在零件的端面上，硬度合格区域金相组织为 2 级，残留碳化物量适合，但颗粒较粗；硬度不合格区域主要为 6 级、8 级，屈氏体形状为块状，块状屈氏体中部可见残留碳化物颗粒。

(1)质量问题分析

①原始组织均匀性较差。据查，上述问题出现期间球化退火温度超过 820℃，退火组织评级为 4 级(JB/T 1255-1991 第一级别图)，虽属合格，但由于部分碳化物颠粒较粗且分布不均，造成淬火工艺调整困难。为此对退火工序立即进行了纠正，但此前生产的退火坯已难以返工。

②淬火温度是否偏低。JB/T 1255-1991 标准的编制说明，出现 6 级、8 级淬、回火组织显示淬火温度偏低。而提高淬火加热温度、廷长保温时间可提高奥氏体中碳、铬含量，使奥氏体成分均匀化，晶粒增大，提高淬火时过冷奥氏体稳定性，抑制珠光体类型转变，提高 GCrl5 钢淬透性。降低临界淬火速度。

据此，将淬火加热温度提高 8～10℃、总加热时间延长 10～15min 进行批量生产试验，硬度不合格的问题可得以解决。但不少套圈同一零件硬度差较大，达 2HRC，淬回火组织中仍不时发现局部有少量小块状屈氏体存在；同时也开始有细小针状马氏体出现，淬火变形量急剧上升。直径变动量超差率由平均不到 10％上升到 25％以上，零件力学性能相对劣化。由此可见．在原始组织均匀性较差的情况下单纯提高淬火加热温度及时间以解决硬度不合格的问题并不是最佳途径。

③炉膛保温性能、炉温均匀性及装炉量是否有影响。经查，装炉量均来超过工艺规范。如下规范检测炉温均匀性：空载，I、Ⅱ、Ⅲ区仪表设定温度均为 850℃并已达到热稳定状态，用 5 支铠装热电偶在铸链带工作空间内同一横断面(590mm 宽×100mm 高)上同时测量左上、左下、中间、右上、右下 5